Solución binaria

Introducción al estudio de disoluciones
Prof. Jesús Hernández Trujillo
Facultad de Química, UNAM
Equilibrio físico/J. Hdez. T– p. 1/11
Soluciones
Definición:
Una solución es una mezcla homogenea,
es decir, es un sistema multicomponente
en una sola fase
Equilibrio físico/J. Hdez. T– p. 2/11
Soluciones
Definición:
Una solución es una mezcla homogenea,
es decir, es un sistema multicomponente
en una sola fase
Solución binaria:
Solución ternaria:
Tiene dos componentes
Tiene tres componentes
Estudiaremos soluciones binarias
Equilibrio físico/J. Hdez. T– p. 2/11
Soluciones
Definición:
Una solución es una mezcla homogenea,
es decir, es un sistema multicomponente
en una sola fase
Solución binaria:
Solución ternaria:
Tiene dos componentes
Tiene tres componentes
Estudiaremos soluciones binarias
Disolvente:
Soluto:
El componente presente en mayor cantidad
El componente presente en menor cantidad
Equilibrio físico/J. Hdez. T– p. 2/11
Algunos tipos de soluciones
gaseosas mezclas de gases o vapores
líquidas
sólidos, líquidos o gases
disueltos en líquidos
sólidas
gases, líquidos o sólidos
disueltos en sólidos
Equilibrio físico/J. Hdez. T– p. 3/11
Cantidades molares parciales
La ecuación fundamental para G de una solución
binaria es
dG = −SdT + V dp + µ1 dn1 + µ2 dn2
(1)
donde
(2)
µ1 =
∂G
∂n1
T,p,n2
µ2 =
∂G
∂n2
T,p,n1
֒→(potenciales químicos)
Además:
(3)
G(T, p, n1 , n2 ) = n1 µ1 + n2 µ2
Equilibrio físico/J. Hdez. T– p. 4/11
De manera análoga, la ecuación de estado:
(4)
dV =
∂V
∂T
dT +
∂V
∂n1
p,n1 ,n2
∂V
∂p
dp + V̄1 dn1 + V̄2 dn2
T,n1 n2
donde
(5)
V̄1 =
V̄2 =
T,p,n2
∂V
∂n2
T,p,n1
֒→(volúmenes molares parciales)
Además:
(6)
V (T, p, n1 , n2 ) = n1 V̄1 + n2 V̄2
Equilibrio físico/J. Hdez. T– p. 5/11
Antes de hacer la mezcla:
V̄1⋆
y
V̄2⋆
son los volúmenes molares de componentes puros,
tales que:
(7)
V ⋆ = n1 V̄1⋆ + n2 V̄2⋆
Equilibrio físico/J. Hdez. T– p. 6/11
Antes de hacer la mezcla:
V̄1⋆
y
V̄2⋆
son los volúmenes molares de componentes puros,
tales que:
(7)
V ⋆ = n1 V̄1⋆ + n2 V̄2⋆
Al hacer la mezcla, se observa que V 6= V ⋆
Equilibrio físico/J. Hdez. T– p. 6/11
Antes de hacer la mezcla:
V̄1⋆
y
V̄2⋆
son los volúmenes molares de componentes puros,
tales que:
V ⋆ = n1 V̄1⋆ + n2 V̄2⋆
(7)
Al hacer la mezcla, se observa que V 6= V ⋆
Volumen de mezclado:
Es el cambio de volumen producido al mezclar
los componetes puros para formar la disolución a
T y p constantes
(8)
∆mez V = V − V ⋆ = n1 (V̄1 − V̄1⋆ ) + n2 (V̄2 − V̄2⋆ )
Equilibrio físico/J. Hdez. T– p. 6/11
Ejemplo: Disolución metanol–agua
3
∆Vmez (cm /mol)
0
−0.2
−0.4
−0.6
−0.8
V̄ 6= V̄ ⋆ debido
a interacciones
intermoleculares
−1
0
0.2
0.4
0.6
xH O
0.8
1
2
Equilibrio físico/J. Hdez. T– p. 7/11
Para determinar volúmenes molares parciales:
1. Se preparan soluciones a T , p y n1 fijos, y
diferentes valores de n2
2. Se mide el volumen V frente a n2
Equilibrio físico/J. Hdez. T– p. 8/11
Para determinar volúmenes molares parciales:
1. Se preparan soluciones a T , p y n1 fijos, y
diferentes valores de n2
2. Se mide el volumen V frente a n2
V
pendiente = V̄2 =
n2
∂V
∂n2
T ,p,n1
V̄1 o V̄2 pueden ser negativos
Equilibrio físico/J. Hdez. T– p. 8/11
Otras cantidades de mezclado:
(9)
(10)
(11)
∆mez H = H − H ⋆
∆mez S = S − S ⋆
∆mez G = G − G⋆
En este último caso, a T constante:
(12)
∆mez G = ∆mez H − T ∆mez S
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Ejercicio:
A continuación se presentan las densidades de una
serie de disoluciones acuosas de CuSO4 a 20o C:
m(CuSO4 ) / g
5
ρ / (g cm3 )
1.051
10
15
20
1.107 1.167 1.230
m(CuSO4 ) es la masa de CuSO4 disuelta en 100 g de
solución.
Calcula el volumen molar parcial del sulfato de cobre
en este rango de mediciones.
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Solución con hoja de cálculo:
Respuesta: 11.92 cm3 /mol (valor promedio)
Equilibrio físico/J. Hdez. T– p. 11/11